用於液壓致動凸輪移相器的診斷系統和方法

2023-06-01 09:57:16 2

專利名稱：用於液壓致動凸輪移相器的診斷系統和方法
技術領域：
本發明涉及用於內燃機的氣門機構，且更具體地涉及用於診斷氣門機構的凸輪移 相器的異常操作的診斷系統和方法。
背景技術：
在此提供的背景說明是為了總體上介紹本發明背景的目的。當前所署名發明人的 工作(在背景技術部分描述的程度上)和本描述中否則不足以作為申請時的現有技術的各 方面，既不明顯地也非隱含地被承認為與本發明相牴觸的現有技術。機動車輛可包括在氣缸中燃燒空氣和燃料混合物並從而產生驅動扭矩的內燃機。 發動機可包括在氣缸中往復運動並聯接到曲軸的活塞。該活塞響應於空氣和燃料混合物的 燃燒而往復運動並藉此引起曲軸的旋轉。發動機還可包括控制空氣流入和流出氣缸的氣門機構。氣門機構可包括在合適的 時間選擇性地開啟和關閉進氣閥和排氣閥並且從而控制空氣流的凸輪軸。凸輪軸可與曲軸 一起旋轉，並從而控制相對於氣缸內的活塞位置的開啟和關閉的正時。氣門機構還可包括聯接到凸輪軸和曲軸的凸輪移相器。凸輪移相器可被致動，以 調節凸輪軸相對於曲軸的旋轉位置並因而調節進氣閥和排氣閥相對於活塞位置的開啟和 關閉的正時。凸輪移相器可由油控制閥來致動，油控制閥將發動機內的增壓油導向到凸輪 移相器的相對的提前側和延遲側流體腔。油控制閥可由電致動器來致動，該電致動器響應 於供應給電致動器的功率來移動油控制閥。

發明內容
在一方面，本發明提供用於發動機的診斷系統，其包括移相器控制模塊和移相器 診斷模塊，所述移相器控制模塊指令用於第一時段的發動機凸輪移相器的第一凸輪移相器 位置和用於第二時段的凸輪移相器的第二凸輪移相器位置，所述移相器診斷模塊基於第一 時段期間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第一流體壓力和第二時段期間測量的由 油控制閥供應給凸輪移相器的第二流體壓力來診斷凸輪移相器的移相器控制錯誤。在示例性實施方式中，油控制閥由電致動器來致動。在示例性實施方式中，第一功 率在第一時段期間響應於第一凸輪移相器位置的指令被供應給電致動器，第二功率在第二 時段期間響應於第二凸輪移相器位置的指令被供應給電致動器。在一個特徵中，在凸輪移相器的提前側流體腔和凸輪移相器的延遲側流體腔中的 一個上測量第一和第二壓力。在另一特徵中，第一凸輪移相器位置相應於凸輪移相器的完 全提前位置，第二凸輪移相器位置相應於凸輪移相器的完全延遲位置。在又一特徵中，移相器診斷模塊基於依照第一壓力確定的第一壓力值與依照第二 壓力確定的第二壓力值之間的差來診斷移相器控制錯誤。第一壓力值可以是在第一時段期 間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第一流體壓力的第一平均值。第二壓力值可以是 在第二時段期間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第二流體壓力的第二平均值。在相關特徵中，移相器診斷模塊還基於所述差與預定閾值的比較來診斷移相器控制錯誤。當所 述差大於預定閾值時，移相器診斷模塊檢測到移相器機械故障。當所述差小於或等於預定 閾值時，移相器診斷模塊檢測到液壓系統故障。在另一方面，本發明提供一種用於發動機的方法，包括指令用於第一時段的所述 發動機的凸輪移相器的第一凸輪移相器位置；在所述第一時段期間測量響應於所述指令第 一凸輪移相器位置由油控制閥供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力；指令用於第二時段 的凸輪移相器的第二凸輪移相器位置；在所述第二時段期間測量響應於所述指令第二凸輪 移相器位置由油控制閥供應給所述凸輪移相器的第二流體壓力；以及基於所述第一和第二 壓力來診斷所述凸輪移相器的移相器控制錯誤。在示例性實施方式中，所述方法還包括在所述第一時段期間響應於所述指令第一 凸輪移相器位置將第一功率供應給致動所述油控制閥的電致動器。在示例性實施方式中， 所述方法還包括在所述第二時段期間響應於所述指令第二凸輪移相器位置將第二功率供 應給所述電致動器。在一個特徵中，在凸輪移相器的提前側流體腔和凸輪移相器的延遲側流體腔中的 一個上測量第一和第二壓力。在另一特徵中，第一凸輪移相器位置相應於凸輪移相器的完 全提前位置，第二凸輪移相器位置相應於凸輪移相器的完全延遲位置。在又一特徵中，診斷移相器控制錯誤包括基於依照第一壓力確定的第一壓力值與 依照第二壓力確定的第二壓力值之間的差來診斷移相器控制錯誤。第一壓力值可以是在第 一時段期間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第一流體壓力的第一平均值。第二壓力 值可以是在第二時段期間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第二流體壓力的第二平 均值。在相關特徵中，診斷移相器控制錯誤還包括基於所述差與預定閾值的比較來診斷 移相器控制錯誤。診斷移相器控制錯誤包括在所述差大於預定閾值時檢測到移相器機械故 障。診斷移相器控制錯誤還包括在所述差小於或等於預定閾值時檢測到液壓系統故障。本發明涉及下述技術方案。1. 一種用於發動機的診斷系統，包括移相器控制模塊，所述移相器控制模塊指令用於第一時段的所述發動機的凸輪移 相器的第一凸輪移相器位置和用於第二時段的所述凸輪移相器的第二凸輪移相器位置；和移相器診斷模塊，所述移相器診斷模塊基於所述第一時段期間測量的由油控制閥 (OCV)供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力和所述第二時段期間測量的由所述OCV供應 給所述凸輪移相器的第二流體壓力來診斷用於所述凸輪移相器的移相器控制錯誤。2.根據技術方案1所述的診斷系統，其中，所述OCV由電致動器來致動，且其中第 一功率響應於所述第一凸輪移相器位置的所述指令在所述第一時段期間被供應給所述電 致動器，且第二功率響應於所述第二凸輪移相器位置的所述指令在所述第二時段期間被供 應給所述電致動器。3.根據技術方案1所述的診斷系統，其中，在所述凸輪移相器的提前側流體腔和 所述凸輪移相器的延遲側流體腔中的一個上測量所述第一和第二壓力。4.根據技術方案1所述的診斷系統，其中，所述第一凸輪移相器位置相應於所述 凸輪移相器的完全提前位置，所述第二凸輪移相器位置相應於所述凸輪移相器的完全延遲位置。5.根據技術方案1所述的診斷系統，其中，所述移相器診斷模塊基於在依照所述 第一壓力確定的第一壓力值與依照所述第二壓力確定的第二壓力值之間的差來診斷所述 移相器控制錯誤。6.根據技術方案5所述的診斷系統，其中，所述第一壓力值是在所述第一時段期 間測量的由所述OCV供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力的第一平均值，所述第二壓力 值是在所述第二時段期間測量的由所述OCV供應給所述凸輪移相器的第二流體壓力的第
二平均值。7.根據技術方案5所述的診斷系統，其中，所述移相器診斷模塊還基於所述差與 預定閾值之間的比較來診斷所述移相器控制錯誤。8.根據技術方案7所述的診斷系統，其中，所述移相器診斷模塊基於所述比較來 檢測移相器機械故障和移相器液壓系統故障中的一個。9.根據技術方案8所述的診斷系統，其中，當所述差大於所述預定閾值時，所述移 相器診斷模塊檢測到所述移相器機械故障。10.根據技術方案8所述的診斷系統，其中，當所述差小於或等於所述預定閾值 時，所述移相器診斷模塊檢測到所述移相器液壓系統故障。11. 一種用於發動機的方法，包括指令用於第一時段的所述發動機的凸輪移相器的第一凸輪移相器位置；在所述第一時段期間測量響應於所述指令第一凸輪移相器位置由油控制閥(OCV) 供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力；指令用於第二時段的所述凸輪移相器的第二凸輪移相器位置；在所述第二時段期間測量響應於所述指令第二凸輪移相器位置由所述OCV供應 給所述凸輪移相器的第二流體壓力；以及基於所述第一和第二壓力來診斷所述凸輪移相器的移相器控制錯誤。12.根據技術方案11所述的方法，還包括在所述第一時段期間響應於所述指令第 一凸輪移相器位置將第一功率供應給致動所述OCV的電致動器；以及在所述第二時段期間 響應於所述指令第二凸輪移相器位置將第二功率供應給所述電致動器。13.根據技術方案11所述的方法，其中，在所述凸輪移相器的提前側流體腔和所 述凸輪移相器的延遲側流體腔中的一個上測量所述第一和第二壓力。14.根據技術方案11所述的方法，其中，所述第一凸輪移相器位置相應於所述凸 輪移相器的完全提前位置，所述第二凸輪移相器位置相應於所述凸輪移相器的完全延遲位 置。15.根據技術方案11所述的方法，其中，所述診斷移相器控制錯誤包括基於在依 照所述第一壓力的第一壓力值與依照所述第二壓力的第二壓力值之間的差來診斷所述移 相器控制錯誤。16.根據技術方案15所述的方法，其中，所述第一壓力值是在所述第一時段期間 測量的由所述OCV供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力的第一平均值，所述第二壓力值 是在所述第二時段期間測量的由所述OCV供應給所述凸輪移相器的第二流體壓力的第二 平均值。
17.根據技術方案15所述的方法，其中，所述診斷移相器控制錯誤還包括基於所 述差與預定閾值之間的比較來診斷所述移相器控制錯誤。18.根據技術方案17所述的方法，其中，所述診斷移相器控制錯誤包括基於所述 比較來檢測移相器機械故障和移相器液壓系統故障中的一個。19.根據技術方案18所述的方法，其中，所述診斷移相器控制錯誤包括當所述差 大於所述預定閾值時檢測到所述移相器機械故障。20.根據技術方案18所述的方法，其中，所述診斷移相器控制錯誤包括當所述差 小於或等於所述預定閾值時檢測到所述移相器液壓系統故障。本發明的進一步應用領域從下文提供的詳細說明顯而易見。應當理解的是，詳細 說明和具體示例僅旨在用於說明的目的且並不旨在限制本發明的範圍。


從詳細說明和附圖將更充分地理解本發明，在附圖中圖1是根據本發明的示例性發動機系統的功能框圖；圖2是描述了作為圖1所示的凸輪移相器的油控制閥佔空比的函數的移相器油壓 的曲線圖；圖3是根據本發明的示例性凸輪移相器控制和診斷系統的功能框圖；以及圖4是描述了根據本發明的用於診斷凸輪移相器控制錯誤的方法中的示例性控 制步驟的流程圖。
具體實施例方式以下說明本質上僅為示範性的且絕不意圖限制本發明、它的應用、或使用。為了清 楚起見，在附圖中使用相同的附圖標記來標識類似的元件。如本文所使用的，短語A、B和C 的至少一個應當理解為意味著使用非排他邏輯或的一種邏輯(A或B或C)。應當理解的是， 方法內的步驟可以以不同順序執行而不改變本發明的原理。如本文所使用的，術語模塊指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或更 多軟體或固件程序的處理器(共享的、專用的、或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供 所述功能的其他合適的部件。本發明提供一種用於診斷凸輪移相器控制錯誤的示例性控制系統和方法。當凸輪 移相器未能按照需要提前或延遲至被指令位置時，可出現凸輪移相器控制錯誤。示例性控 制系統和方法可用於檢測凸輪移相器的機械故障以及與供油管路和/或致動凸輪移相器 的油控制閥有關的液壓系統故障。凸輪移相器的機械故障可包括凸輪移相器的卡塞鎖定銷 和/或由進入到凸輪移相器的碎片引起的堵塞的凸輪移相器轉子和定子。液壓系統故障可 包括堵塞的供油管路和油控制閥的機械故障。根據本發明，通過在調節被指令的移相器位置的同時測量供應給凸輪移相器一個 側面(例如，延遲側或提前側)的油壓，可檢測故障。更具體地，通過在響應於兩個被指令位 置來調節供應給電致動器的功率的同時測量供應給凸輪移相器的油壓，可檢測故障。通過 評估被測移相器油壓在供應給電致動器的功率被調節時是否改變預期量，可檢測故障。當 被測移相器油壓的變化大於預定閾值時，可檢測凸輪移相器的機械故障，該預定閾值基於油控制閥的正常操作期間預期的移相器油壓變化的量。當被測移相器油壓的變化小於或等 於預定閾值時，可檢測液壓系統故障。特別參考圖1，示出了根據本發明的示例性發動機系統100。發動機系統100包括 內燃機102，內燃機102經由控制發動機102的各個致動器的操作的致動器模塊通過發動機 控制模塊(ECM) 104來調節。為了簡單起見，發動機102示出為單個氣缸發動機。從下述說 明應當理解的是，本發明同樣地適用於具有多個氣缸的發動機。發動機102燃燒空氣和燃料的混合物以產生驅動扭矩。發動機102包括節氣門 110、進氣歧管112、燃料噴射器114、氣缸116以及氣門機構118。空氣通過節氣門110被抽 吸到發動機102中並被進氣歧管112分配到氣缸116中。節氣門110可包括控制進入發動機102的進氣空氣的量的蝶形閥。節氣門致動器 模塊120可控制蝶形閥的操作。節氣門致動器模塊120可基於從ECM 104接收到的控制值 來控制操作。節氣門致動器模塊120還可基於由節氣門位置(TPS)傳感器122感測的蝶形 閥位置來控制操作。進氣空氣溫度(IAT)可由IAT傳感器124來感測。通過節氣門110的 空氣品質流量(MAF)可由MAF傳感器126來感測。進氣歧管112將進氣空氣分配到氣缸116中。歧管絕對壓力(MAP)傳感器128可 感測進氣歧管112內進氣空氣的MAP。燃料噴射器114可將燃料噴射到進氣歧管112中，燃 料在進氣歧管112中與進氣空氣混合以形成在氣缸116中燃燒的空氣/燃料混合物。燃料 致動器模塊130可基於從ECM 104接收到的控制值來控制所噴射燃料的正時和量。氣缸116可包括活塞132和火花塞134。活塞132可在氣缸116內往復運動且可 聯接到曲軸(未示出)。火花塞134可位於氣缸116中且可供應啟動空氣/燃料混合物的 燃燒的火花。火花致動器模塊136可基於從ECM 104接收到的控制值來控制火花的正時。氣門機構118可控制進入到氣缸116中的進氣空氣(以及與進氣空氣混合的燃 料)的正時和量。氣門機構118可包括由第一凸輪軸142致動的進氣閥140和由第二凸輪 軸146致動的排氣閥144。氣門機構118還可包括聯接到第一凸輪軸142的進氣移相器150 和聯接到第二凸輪軸146的排氣移相器152。進氣閥140可開啟以允許空氣和燃料進入氣缸116中且可關閉以允許空氣/燃料 混合物在氣缸116內燃燒。第一凸輪軸142可與曲軸共同旋轉。第一凸輪軸142可經由鏈 條或皮帶聯接到曲軸。由此，第一凸輪軸142的旋轉可與曲軸的旋轉同步。第一凸輪軸142可控制進氣閥140相對於活塞132的軸向位置和/或曲軸的旋 轉位置的開啟和關閉。例如，第一凸輪軸142可控制進氣閥140相對於活塞132的上止點 (TDC)位置的開啟和關閉。排氣閥144可關閉以允許燃燒並可開啟以允許燃燒期間所產生的排氣離開氣缸 116進入到排氣系統154中。第二凸輪軸146可與曲軸共同旋轉且可控制排氣閥144的開 啟和關閉。第二凸輪軸146可以與第一凸輪軸142類似的方式聯接到曲軸。第二凸輪軸 146可控制排氣閥144相對於活塞132的TDC位置和/或曲軸的相應旋轉位置的開啟和關 閉。進氣移相器150和排氣移相器152還可通過控制第一和第二凸輪軸142、146與曲 軸之間的相角來分別控制進氣閥140和排氣閥144的開啟和關閉的正時。進氣移相器150 和排氣移相器152可通過分別調節第一和第二凸輪軸142、146相對於曲軸旋轉位置的旋轉位置來控制正時。例如，進氣移相器150和排氣移相器152可相對於曲軸提前或延遲凸輪 軸142、146的旋轉位置。通過以前述方式調節相角，進氣移相器150和排氣移相器152可 相對於TDC提前或延遲進氣和排氣閥140、144的開啟和關閉。進氣移相器150和排氣移相器152分別可包括油控制閥(OCV) 160、162、移相器位 置傳感器164、166、電致動器170、172以及移相器油壓傳感器174、176。OCV 160、162可為 可變排量三通閥，其引導由進氣和排氣移相器150、152的延遲側與提前側流體腔之間的發 動機供油源所供給的增壓油。增壓流體可引起聯接到曲軸的定子元件(未示出)與布置在定子元件中且聯接到 相應凸輪軸的轉子元件(未示出)之間的旋轉位移。轉子元件在定子元件中的旋轉位移引 起相角的相應變化。進氣移相器150的旋轉位移或相角可由移相器位置傳感器164來測 量。移相器位置傳感器164可基於所感測的進氣移相器位置來輸出進氣移相器位置(IPP) 信號。排氣移相器152的旋轉位移或相角可由移相器位置傳感器166來測量。移相器位置 傳感器166可基於所感測的排氣移相器位置來輸出排氣移相器位置(EPP)信號。在完全延遲位置，OCV 160、162將供應給閥的增壓油引導至延遲側流體腔。在完全 提前位置，OCV 160、162將供應給閥的增壓油引導至提前側流體腔。在它們之間的位置處， OCV 160、162將增壓油以與OCV 160、162的位置成比例地分配給提前側或延遲側流體腔。電致動器170、172響應於所供應的功率來致動OCV 160、162，並藉此使得增壓流 體被引導至延遲側和提前側流體腔。OCV 160、162的位置可與供應給電致動器170、172的 功率的佔空比成比例。進氣移相器致動器模塊180可調節供應給用於進氣移相器150的電致動器170的 功率，並藉此調節OCV 160的位置。進氣移相器致動器模塊180可基於從ECM 104接收到 的控制值來調節所供應的功率。進氣移相器致動器模塊180還可檢測由移相器位置傳感器 164感測的進氣移相器位置並產生表示是否已經檢測到進氣移相器控制錯誤的進氣移相器 錯誤信號。例如當在預定響應時段內移相器位置傳感器164所感測的進氣移相器位置不在 由ECM 104指令的進氣移相器位置的預定範圍內時，可檢測到進氣移相器控制錯誤。排氣移相器致動器模塊182可調節供應給用於排氣移相器152的電致動器172的 功率，並藉此調節OCV 162的位置。排氣移相器致動器模塊182可基於從ECM 104接收到 的控制值來調節所供應的功率。排氣移相器致動器模塊182還可檢測移相器位置傳感器 166所感測的排氣移相器位置並產生表示是否已經檢測到排氣移相器控制錯誤的排氣移相 器錯誤信號。例如當在預定響應時段內移相器位置傳感器166所感測的排氣移相器位置不 在由ECM 104指令的排氣移相器位置的預定範圍內時，可檢測到排氣移相器控制錯誤。根據本發明，移相器油壓傳感器174、176可與進氣和排氣移相器150、152的相應 一個的提前側或延遲側流體腔流體連通。移相器油壓傳感器174、176可感測供應給相應凸 輪移相器的油壓，且每個可響應於所感測的壓力來產生輸出信號。在示例性實施例中，移相 器油壓傳感器174、176與進氣和排氣移相器150、152的延遲側流體腔流體連通(圖3)。特別參考圖2，提供了作為OCV致動器(即，電致動器170、172)佔空比的函數的移 相器油壓的曲線圖。該曲線圖描述了在凸輪移相器(包括0CV)的正常操作期間作為佔空 比的函數的移相器油壓和移相器位置(即，相角)的變化。為了簡單起見，該曲線圖描述了 用於延遲側流體腔的移相器油壓以及凸輪移相器(即，進氣和排氣移相器150、152)中一個的相應移相器位置。曲線圖包括發動機油壓跡線188、OCV致動器佔空比跡線190、移相器 油壓跡線192以及移相器位置跡線194。從該曲線圖可以看出，在佔空比低於大約40%時，移相器油壓保持在發動機油壓 附近。移相器油壓與發動機油壓之間的差可能是由於發動機102內的增壓油流動引起的摩 擦損失。在佔空比大約40%和50%之間，移相器油壓與佔空比的增加成比例地減少。如在 該曲線圖中進一步看到的，移相器位置響應於移相器油壓的減少而開始提前。在佔空比大 於約50%時，移相器油壓保持在零附近，且移相器位置保持在完全提前位置。圖2中的曲線圖描述了在油控制閥的正常操作期間，移相器油壓基於供應給致動 油控制閥的電致動器的功率水平來以可預測的方式進行變化。當油控制閥正確地運行時， 移相器油壓的變化可處於預期壓力變化或接近該預期壓力變化，而與凸輪移相器的其它工 作部件是否正確運行無關。當油控制閥未正確地運行時，移相器油壓的變化可小於預期壓 力變化，而與其它工作部件是否正確運行無關。因此，可確定閾值壓差，使得通過將響應於 供應給電致動器的功率水平的變化所產生的移相器油壓進行比較，可將機械故障與液壓系 統故障進行區分。再次參考圖1，ECM 104可基於從駕駛員輸入模塊196接收到的駕駛員輸入來調節 發動機102的操作。ECM 104還可基於被包括在發動機中的一個或多個傳感器(例如，本文 前述所討論的傳感器)所產生的信號來調節操作。總體而言，由發動機傳感器產生的信號 在下文中以及在附圖中將稱為「發動機信號」。ECM 104可控制輸出作為指令給各個致動器模塊的控制值，以便產生來自於發動 機102的期望扭矩。ECM 104還可監視發動機系統100的操作並可檢測操作中的故障或錯 誤。當檢測到故障或錯誤時，ECM104在所執行的凸輪移相器診斷測試期間可選擇性調節一 個或多個控制值，以診斷故障或錯誤。ECM 104可將在凸輪移相器診斷測試期間得到的診 斷信息傳輸給顯示操作的運行狀態的駕駛員信息顯示器198。基於得到的診斷信息，ECM 104可選擇性調節一個或多個控制值，以補償檢測到的故障並藉此調節發動機102的運行 狀況。特別參考圖3，示出了 ECM 104在移相器控制和診斷系統200中的示例性實施方 式。移相器控制和診斷系統200調節進氣和排氣移相器150、152的操作並當檢測到進氣和 排氣移相器150、152操作中的控制錯誤時診斷故障。通過控制輸出給進氣和排氣移相器致動器模塊180、182的移相器控制值，ECM 104調節進氣和排氣移相器150、152的操作。移相器控制值包括進氣移相器位置和排氣移 相器位置。ECM 104還監視進氣和排氣移相器150、152的操作並診斷可能導致進氣和/或 排氣移相器控制錯誤的問題。具體地，ECM 104在凸輪移相器診斷測試期間可檢測與凸輪 移相器相關的機械和液壓故障。當檢測到移相器控制錯誤時可執行凸輪移相器診斷測試。 ECM 104在凸輪移相器診斷測試期間可選擇性調節移相器控制值。ECM 104可包括進氣移相器控制模塊202、進氣移相器診斷模塊204、排氣移相器 控制模塊206、排氣移相器診斷模塊208以及發動機診斷模塊210。進氣移相器控制模塊 202接收一個或多個發動機信號以及由進氣移相器診斷模塊204產生的調節進氣移相器位 置請求。進氣移相器控制模塊202基於發動機信號和接收到的調節進氣移相器位置請求來 確定進氣移相器位置。進氣移相器控制模塊202可基於調節進氣移相器位置請求來選擇性調節進氣移相器位置。進氣移相器控制模塊202將進氣移相器位置輸出給進氣移相器致動 器模塊180。進氣移相器診斷模塊204接收進氣移相器錯誤信號、移相器油壓傳感器174所產 生的壓力信號以及進氣移相器位置。基於前述信號，進氣移相器診斷模塊204產生調節進 氣移相器位置請求。當進氣移相器錯誤信號表示已經檢測到控制錯誤時，進氣移相器診斷 模塊204可與進氣移相器控制模塊202共同工作以執行OCV 160和進氣移相器150的診斷 測試。進氣移相器診斷模塊204基於在診斷測試期間移相器油壓傳感器174所感測的壓力 來產生進氣移相器診斷信息。排氣移相器控制模塊206接收一個或多個發動機信號以及由排氣移相器診斷模 塊208產生的調節排氣移相器位置請求。排氣移相器控制模塊206基於發動機信號和接收 到的調節排氣移相器位置請求來確定排氣移相器位置。排氣移相器控制模塊206可基於調 節排氣移相器位置請求來選擇性調節排氣移相器位置。排氣移相器控制模塊206將排氣移 相器位置輸出給排氣移相器致動器模塊182。排氣移相器診斷模塊208接收排氣移相器錯誤信號、移相器油壓傳感器176所產 生的信號以及排氣移相器位置。基於前述信號，排氣移相器診斷模塊208產生調節排氣移 相器位置請求。當排氣移相器錯誤信號表示已經檢測到控制錯誤時，排氣移相器診斷模塊 208可與排氣移相器控制模塊206共同工作以執行OCV 162和排氣移相器152的診斷測試。 OCV 162和排氣移相器152的診斷測試可大致類似於進氣移相器診斷模塊204所執行的測 試。排氣移相器診斷模塊208基於在診斷測試期間移相器油壓傳感器176所感測的壓力來 產生排氣移相器診斷信息。發動機診斷模塊210接收進氣和排氣診斷信息。基於接收到的診斷信息，發動機 診斷模塊210可將診斷信息輸出給駕駛員信息顯示器198，以照亮相應於檢測到的故障的 故障指示燈。例如，當已經檢測到與進氣和排氣移相器150、152相關的機械和/或液壓故 障時，發動機診斷模塊210可產生診斷信號以照亮檢查發動機燈。繼續參考圖3，現將描述根據本發明的移相器控制和診斷系統200的操作。在發動 機102的規則操作期間，ECM 104確定進氣和排氣移相器位置並輸出進氣和排氣移相器位 置，以便實現發動機102的期望扭矩輸出。響應於ECM 104所指令的進氣和排氣移相器位 置，進氣和排氣移相器致動器模塊180、182將功率輸出給電致動器170、172，從而相應於被 指令位置。進氣和排氣移相器致動器模塊180、182監視移相器位置傳感器164、166所感測的 移相器位置，以便確定在相應預期響應時段內是否已經實現被指令位置。當進氣移相器150 在預期響應時段內未實現被指令進氣移相器位置時，進氣移相器致動器模塊180產生進氣 移相器錯誤，以表示在進氣移相器150的操作中已經檢測到控制錯誤。類似地，當排氣移相 器152在預期響應時段內未實現被指令排氣移相器位置時，排氣移相器致動器模塊182產 生排氣移相器錯誤，以表示在排氣移相器152的操作中已經檢測到控制錯誤。進氣和排氣移相器診斷模塊204、208監視進氣和排氣移相器錯誤信號。當進氣 移相器錯誤信號從表示無控制錯誤切換到表示已經檢測到控制錯誤時，進氣移相器診斷模 塊204可與進氣移相器控制模塊202共同工作以執行OCV 160和進氣移相器150的診斷測 試。類似地，當排氣移相器錯誤信號從表示無控制錯誤切換到表示已經檢測到控制錯誤時，排氣移相器診斷模塊208可與排氣移相器控制模塊206共同工作以執行OCV 162和排氣移 相器152的診斷測試。在相應的診斷測試期間，進氣移相器控制和診斷模塊202、204與排氣移相器控制 和診斷模塊206、208的操作可大致類似。因此，為了簡明起見，僅詳細地描述在OCV 160和 進氣移相器150的診斷測試期間的操作。在診斷測試期間，進氣移相器診斷模塊204可在第一時段產生用於指令第一調節 進氣移相器位置的第一請求並且在第二時段產生用於指令第二調節進氣移相器位置的第 二請求。在示例性實施例中，第一調節進氣移相器位置相應於進氣移相器150的完全延遲 位置和完全提前位置中的一個。第二調節進氣移相器位置相應於完全延遲位置和完全提前 位置中的另一個。替代性地，第一和第二調節進氣移相器位置可相應於在完全延遲位置與完全提前 位置之間的其它位置。當產生第一調節移相器位置請求時，進氣移相器診斷模塊204可基 於哪個位置最接近在進行第一請求的時候移相器位置傳感器164所指示的進氣移相器150 位置在完全延遲位置與完全提前位置之間進行選擇。在接收到第一調節移相器位置請求之後，進氣移相器控制模塊202確定是否啟用 診斷測試。進氣移相器控制模塊202在啟用條件都滿足時可啟用診斷測試。啟動條件可取 決於發動機102的當前運行條件和/或期望扭矩輸出。當啟用診斷測試時，進氣移相器控制模塊202輸出進氣移相器位置，使得第一調 節進氣移相器位置被指令用於第一時段且第二調節進氣移相器位置被指令用於第二時段。 在第一和第二時段期間，進氣移相器致動器模塊180以相應於被指令的第一和第二調節進 氣移相器位置的水平將功率供應給電致動器170。在診斷測試期間，進氣移相器診斷模塊204監視由移相器油壓傳感器174感測的 壓力。進氣移相器診斷模塊204分別基於在第一和第二時段期間感測到的壓力來確定第一 移相器油壓(Previ)和第二移相器油壓(P·)。第一和第二移相器油壓(PmpPm2)均可等 於OCV 160的預期響應時間內或之後感測到的單個壓力或壓力平均值。進氣移相器診斷模 塊204基於第一和第二移相器油壓(PrevPPrev2)的比較來產生進氣移相器診斷信息。如果第一和第二移相器油壓(Prai、Pocv2)之間的絕對壓差(APrcv)大於預定壓 力閾值(APThresh。ld)，那麼進氣移相器診斷模塊204產生表示已經檢測到進氣移相器150 的機械故障的進氣移相器診斷信息。如果絕對壓差(APrcv)小於或等於預定壓力閾值 (APThresh。ld)，那麼進氣移相器診斷模塊204產生表示已經檢測到進氣移相器150的液壓系 統故障的進氣移相器診斷信息。進氣移相器診斷信息可輸出給發動機診斷模塊210。通常而言，預定壓力閾值(APThresh。ld)將基於在進氣移相器150 (包括OCV 160)的 正常操作期間第一和第二調節進氣移相器位置之間的移相器油壓的預期差。由於移相器油 壓的預期差可基於供應給OCV 160的油壓，預定壓力閾值(APThresh。ld)也可基於在診斷測試 期間的發動機油壓。鑑於前述，應當理解的是，移相器控制和診斷模塊200可檢測進氣和排氣凸輪移 相器150、152操作中的機械故障以及OCV 160、162操作中的液壓系統故障。當檢測到控制 錯誤時，移相器控制和診斷模塊200可指令第一和第二調節凸輪移相器位置，從而引起功 率以相應於被指令位置的水平供應給電致動器170、172。移相器控制和診斷系統200通過將在指令第一調節凸輪移相器位置時測量到的移相器油壓與在指令第二調節凸輪移相器 位置時測量到的移相器油壓進行比較來檢測故障。更具體地，移相器控制和診斷系統200 將基於在指令兩個凸輪移相器位置時測量到的壓力的壓差與基於移相器油壓中的預期差 的預定壓力閾值進行比較。移相器控制和診斷系統200基於所述比較來檢測並因而區分機 械故障和液壓系統故障。特別參考圖4，示出了一種根據本發明用於控制發動機的凸輪移相器並診斷凸輪 移相器錯誤的示例性方法300。方法300可用於診斷在凸輪移相器操作期間檢測到的控制 錯誤。更具體地，方法300可用於診斷由三通油控制閥液壓致動的凸輪移相器的控制錯誤。 從下述討論應當理解的是，根據方法300，油控制閥可由電致動器來致動並且電致動器可以 相應於被指令的凸輪移相器位置的水平來供給功率。方法300可用於診斷可能是控制錯誤 的原因的機械故障和液壓系統故障。方法300可實施於發動機控制系統中，例如本文前述說明的發動機系統100。方法 300可實施於發動機系統100的一個或多個模塊中，例如ECM 104。因此，方法300將參考 合適的發動機系統100的部件來說明。方法300下的控制過程在步驟302開始，其中控制過程確定是否檢測到凸輪移相 器控制錯誤。當凸輪移相器(例如，進氣移相器150、排氣移相器152)在預期響應時段內未 實現期望凸輪移相器位置時，可檢測到凸輪移相器控制錯誤。如果檢測到凸輪移相器控制 錯誤，那麼控制過程推進到步驟304，否則控制過程如圖所示環回。在步驟304，控制過程確定是否針對卡塞鎖定銷檢查凸輪移相器。根據本發明，控 制過程在不檢查卡塞鎖定銷的情況下可推進到步驟312。如果控制過程決定檢查卡塞鎖定 銷，那麼控制過程可推進成通過任何一種已知方法來檢測卡塞鎖定銷。為了示例性目的，提 供了步驟306-310。在步驟306，控制過程可通過在一定時段內以快速連續的方式交替地指令凸輪移 相器的完全提前和完全延遲位置來快速循環運轉油控制閥(例如，OCV 160、OCV 162)。控 制過程可按照前述方式循環運轉油控制閥，以便使得卡塞的凸輪移相器鎖定銷自由。隨後， 在步驟308，控制過程可確定是否仍檢測到控制錯誤。如果仍檢測到控制錯誤，那麼控制過 程推進到步驟312，否則控制過程繼續到步驟310。在步驟310，控制過程傳送先前檢測到移 相器鎖定銷故障。控制過程還可傳送不再檢測到移相器鎖定銷故障。方法300下的控制過 程可在步驟310結束。控制過程可推進到步驟312，其中控制過程可確定是否滿足啟用條件。如果滿足 了啟用條件，那麼控制過程推進到步驟314，否則控制過程如圖所示環回。啟用條件可取決 於發動機102的當前操作狀態和/或期望扭矩輸出。通常而言，當控制過程可確定控制過 程可在對發動機扭矩輸出沒有不期望影響的前提下推進時，可滿足啟用條件。啟用條件還 可取決於是否已經檢測到問題，該問題使得用於方法300的發動機系統的一個或多個部件 和/或控制閥可能是不可靠的。例如，當油控制閥的電致動器和/或用於測量移相器油壓 的壓力傳感器已經檢測到問題時，可能不滿足啟用條件。在步驟314，控制過程指令用於第一時段的第一凸輪移相器位置。在第一時段期 間，功率以相應於第一凸輪移相器位置的水平被供應給電致動器。第一凸輪移相器位置可 相應於凸輪移相器的完全提前或完全延遲位置中的一個。
在步驟316，控制過程在第一時段期間測量凸輪移相器的提前側或延遲側流體腔 中一個上的移相器油壓。為了示例性目的，控制過程測量凸輪移相器的延遲側流體腔上的 移相器油壓。基於測量到的壓力，控制過程確定第一測量移相器油壓(PreviK第一測量移 相器油壓(Previ)可等於考慮油控制閥的預期響應時間的第一時段內預定時間點處測量的 壓力。預期響應時間可基於響應於第一凸輪移相器位置指令所供應的功率水平的變化。替 代性地，第一測量移相器油壓(Prcvi)可等於在預期響應時間內或之後第一時段期間測量到 的平均壓力。在步驟318，控制過程指令在第一時段之後的第二時段的不同於第一凸輪移相器 位置的第二凸輪移相器位置。在第二時段期間，功率以相應於第二凸輪移相器位置的水平 被供應給電致動器。第二凸輪移相器位置可為第一凸輪移相器位置所指令的完全提前或完 全延遲位置中的相反一個。在步驟320，控制過程在第二時段期間測量凸輪移相器的延遲側流體腔上的移相 器油壓。基於測量到的壓力，控制過程確定第二測量移相器油壓(Prcv2)。控制過程以與控制 過程確定第一測量移相器油壓(Prcvi)大致類似的方式來確定第二測量移相器油壓(Pra2)。 由此，控制過程可基於在第二時段期間測量到的單個測量壓力或平均壓力來確定第二測量 移相器油壓(Prev2)。可在第二時段內測量壓力，該第二時段考慮油控制閥響應於與被指令 第一和第二凸輪移相器位置相應的功率水平變化而移動的預期響應時間。在步驟322，控制過程確定是否仍檢測到凸輪移相器控制錯誤。當凸輪移相器在預 期響應時段內未實現在步驟318所指令的第二凸輪移相器位置時，可檢測到凸輪移相器控 制錯誤。如果仍檢測到凸輪移相器控制錯誤，那麼控制過程推進到步驟324，否則控制過程 如圖所示結束。控制過程可確定在步驟322是否仍檢測到凸輪移相器控制錯誤作為檢查， 以得出在步驟302中檢測到的凸輪移相器控制錯誤的診斷仍為所需並且避免誤檢測出故 障。在步驟324，控制過程計算第一和第二被測移相器油壓(PQCT1、Pocv2)之間的絕對測 量壓差(Δ Pocv)，且控制過程推進到步驟326。在步驟326，控制過程將測量壓差(APqcv)與閾值壓差(APTtoesh。ld)進行比較。如 果測量壓差(APra)大於閾值壓差(APlteshtjld),那麼控制過程推進到步驟328，否則控制過 程推進到步驟330。閾值壓差(APThresh。ld)可以是存儲在存儲器中的預定閾值壓差。閾值壓差可基於 預期壓差(APExpe。tJ。預期壓差(APExpe。ted)可相應於在第一凸輪移相器位置處的第一預期 移相器油壓(Pl)與在第二凸輪移相器位置處的第二預期移相器油壓(P2)之間的絕對差。 第一和第二預期移相器油壓(P1、P2)可基於在第一和第二時段期間測量到的阻滯油壓。因 而，閾值壓差(ΔΡ—ω)可以是基於預期壓差(APExpe。tJ存儲在存儲器中的預定值。替 代性地，閾值壓差(APThresh。ld)可以是存儲在存儲器中的單個值。在步驟328，控制過程傳送已經檢測到凸輪移相器的機械故障，且方法300下的控 制過程結束。在步驟330，控制過程傳送已經檢測到凸輪移相器的液壓系統故障，且方法300下 的控制過程結束。本發明的廣泛教示可以以多種形式實施。因此，雖然本發明包括特定的示例，由於當研究附圖、說明書和以下權利要求書時，其它修改對於技術人員來說是顯而易見的，所以 本發明的真實範圍並不如此限制。
權利要求
1.一種用於發動機的診斷系統，包括移相器控制模塊，所述移相器控制模塊指令用於第一時段的所述發動機的凸輪移相器 的第一凸輪移相器位置和用於第二時段的所述凸輪移相器的第二凸輪移相器位置；和移相器診斷模塊，所述移相器診斷模塊基於所述第一時段期間測量的由油控制閥 (OCV)供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力和所述第二時段期間測量的由所述OCV供應 給所述凸輪移相器的第二流體壓力來診斷用於所述凸輪移相器的移相器控制錯誤。
2.根據權利要求1所述的診斷系統，其中，所述OCV由電致動器來致動，且其中第一功 率響應於所述第一凸輪移相器位置的所述指令在所述第一時段期間被供應給所述電致動 器，且第二功率響應於所述第二凸輪移相器位置的所述指令在所述第二時段期間被供應給 所述電致動器。
3.根據權利要求1所述的診斷系統，其中，在所述凸輪移相器的提前側流體腔和所述 凸輪移相器的延遲側流體腔中的一個上測量所述第一和第二壓力。
4.根據權利要求1所述的診斷系統，其中，所述第一凸輪移相器位置相應於所述凸輪 移相器的完全提前位置，所述第二凸輪移相器位置相應於所述凸輪移相器的完全延遲位置。
5.根據權利要求1所述的診斷系統，其中，所述移相器診斷模塊基於在依照所述第一 壓力確定的第一壓力值與依照所述第二壓力確定的第二壓力值之間的差來診斷所述移相 器控制錯誤。
6.根據權利要求5所述的診斷系統，其中，所述第一壓力值是在所述第一時段期間測 量的由所述OCV供應給所述凸輪移相器的第一流體壓力的第一平均值，所述第二壓力值是 在所述第二時段期間測量的由所述OCV供應給所述凸輪移相器的第二流體壓力的第二平 均值。
7.根據權利要求5所述的診斷系統，其中，所述移相器診斷模塊還基於所述差與預定 閾值之間的比較來診斷所述移相器控制錯誤。
8.根據權利要求7所述的診斷系統，其中，所述移相器診斷模塊基於所述比較來檢測 移相器機械故障和移相器液壓系統故障中的一個。
9.根據權利要求8所述的診斷系統，其中，當所述差大於所述預定閾值時，所述移相器 診斷模塊檢測到所述移相器機械故障。
10.一種用於發動機的方法，包括指令用於第一時段的所述發動機的凸輪移相器的第一凸輪移相器位置；在所述第一時段期間測量響應於所述指令第一凸輪移相器位置由油控制閥(OCV)供 應給所述凸輪移相器的第一流體壓力；指令用於第二時段的所述凸輪移相器的第二凸輪移相器位置；在所述第二時段期間測量響應於所述指令第二凸輪移相器位置由所述OCV供應給所 述凸輪移相器的第二流體壓力；以及基於所述第一和第二壓力來診斷所述凸輪移相器的移相器控制錯誤。
全文摘要
本發明涉及用於液壓致動凸輪移相器的診斷系統和方法。一種用於發動機的診斷系統包括移相器控制模塊和移相器診斷模塊，所述移相器控制模塊指令用於第一時段的發動機凸輪移相器的第一凸輪移相器位置和用於第二時段的凸輪移相器的第二凸輪移相器位置，所述移相器診斷模塊基於第一時段期間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第一流體壓力和第二時段期間測量的由油控制閥供應給凸輪移相器的第二流體壓力來診斷用於凸輪移相器的移相器控制錯誤。在凸輪移相器的提前側流體腔和凸輪移相器的延遲側流體腔中的一個上測量第一和第二壓力。移相器診斷模塊檢測移相器機械故障和移相器液壓系統故障中的一個。還提供相關方法。
文檔編號F01L9/02GK102003234SQ20101026762
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者D·L·迪布爾, J·D·考吉爾, K·J·欽平斯基 申請人:通用汽車環球科技運作公司